CC BY
33
1к,мка
вО
40 -
20 -
____ . С.М
г.а з.о-----*—
электролита фона. Влияние концентрации фонового электролита (ЫаМ03) на каталитический ток представлено на рисунке. Процесс электровосстановления молибдена(У1) (1,0* 10_3 моль/дм3) в растворах азотнокислого натрия (2,0 моль/дм3) при pH 1,0 согласно схеме
+3е
Мо(У1) ------------------- Мо(Ш)
* |
1 N0? |
при добавлении молочной кислоты (4,10-®--5,10'"в моль/дм3) сопровождается ингибированием процесса и уменьшением высоты полярографической полны восстановления молибдена. При этом в диапазоне концентраций молочной кислоты ск 8* 10”8— 1,5* 10 6 моль/дм3 зависимость / от ск близка к линейной.
Получены следующие статистические результаты определения молочной кислоты:
Взято, моль/дм (-10 ) . 1,00
Найдено, моль/дм (■ 10 ) 1,00
п 7
а 0,95
S 0,05
ВЫВОД
Предложен метод косвенного полярографического определения молочной кислоты, основанный на ингибировании каталитической волны восстановления молибдена (VI) с пределом обнаружения 2• 10-8 моль/дм3.
ЛИТЕРАТУРА
L. Holten С.Н. Lactic acid. Properties and chemistry. Lactic acid and deriivaties. — Weicheim, 1971. li. Смирнов B.A. Пищевые кислоты (лимонная, молочная, винная). — М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1983.
И-. Использование молочнокислых микроорганизмов и продуктов их метаболизма / А.Я. Шурыгин и др. — Краснодар: Сов. Кубань, 1996.
■1. Полянский К.К., Карпенко В.Н., Деменко Н.Д. Ис-г, льзование лактата кальция в хлебобулочных изделиях // Изв. вузов. Пищевая технология. — 1997. — № 4-5. — С. 34.
5. Abdul Samafi О., АНmon Н., Abdul Karim М. //
Actaalim. — 1992. — 21, № 3-4. — P. 285-291.
■li. Fuetes J., Moya A., Monteagudo J.M., Bravo Abad F.
// Alimentaria. — 1993. — 30, № 241. — P. 23-26.
7. Получение смеси из олигомеров и (или) полимеров на основе молочной кислоты и их применение в качестве ресорбирующихся имплантантов. МКИ C08L 67/04, А 61 L 27/00/ В. Buchholz, Q. Eudenmann, A.G. Bochringer Ingelheim — № 4235312.2-Заявл. 20.10.92; Опубл. 29.4.94.
8. Пат. 5165914 США, МКИЬ А61К7/18, 33/6. Составы для обработки полости рта на основе комплексов лактата цинка / Vlock Richard S., David G. Vlock, Laurence Rosen. — № 780915; Заявл. 22.10.91; Опубл. 24.11.92; HKH 424/52.
9. Shin-ichi Sugita, Susumi Toda, Tetsuo Yamashita, Tsutomy Teraji // Bull. Chem. Soc. Jap. — 1993. — 66, № 2. — P. 568-572.
10. Ферментативно-флуоресцентное определение молочной кислоты, основанное на флуоресценции цилтохрома Ьг / J. Galban, S. de Marcos, J.R. Castillo // Anal. Chem. — 1993. — 65. — № 21. — P. 2076-3080.
11. Определение методом высокоэффективной жидкостной хроматографии молочной кислоты и лактата в препаратах лактата амринона / M.J. Lesh, E.L. Wilkinson, М.А. Zolfaghari, М.А. Schreiber // J. Liquid Chromatogr. — 1993. — 16. — № 11. — P. 2415-2422.
12. Амперометрические ферментные электроды для определения лактаты и глюкозы в сильно разбавленных и неразбавленных [био] средах / Pfeiffer D., Scheller F.W., Setz К., Schubert F. // Anal. Chem. Acta. — 1993. — 281. — № 3. — P. 489-502.
13. Турьян Я.И., Кулаева Л.Т. Использование эффекта активирования ингибированного полярографического процесса для изучения устойчивости комплексов в растворе // ДАН ССР. — 1972. — 202. — № 6. — С. 1371-1372.
Кафедра аналитической химии
Поступила 17.12.98 г.
664.292.002.637
КОНТРОЛЬ СОДЕРЖАНИЯ И МИГРАЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПЕКТИНА И ПЕКТИНОПРОДУКТОВ
О.А. ХУДАЙКУЛОВА, И.А. КРАПИВНИЦКАЯ,
И.С. ГУЛЫЙ, А.П. КАБАН, С.А. КУЛИЧЕНКО,
Л.В. ДОНЧЕНКО
Украинский государственный университет пищевых технологий
Кубанский государственный аграрный университет
Высокие детоксицирующие свойства пектина Вашл! в настоящее время надежное подтверждение [1]. Пектинсодержащие профилактические
препараты полностью безопасны и не имеют негативного влияния на организм человека. Потребность в пектине и в пектинобогащенных продуктах за последние годы быстро увеличивается, особенно на территориях, которые пострадали от последствий аварий на Чернобыльской АЭС. Вместе с этим эффективность пектинопрепаратов существенно зависит от свойств использованного для их производства пектина или пектинсодержащих полупродуктов, в которых необходим строгий контроль
содержания всех ненужных микропримесей, особенно ионов тяжелых металлов. Возможность попадания последних в пектин обусловлена склонностью некоторых видов пектинового растительного сырья накапливать металлы в процессе роста растения. Кроме того, пектаты тяжелых металлов могут образовываться во время контакта пектинсодержащих технологических растворов с поверхностью химических аппаратов, которые применяются для производства пектина.
Известно, что при лечебно-профилактическом использований и в технологических растворах пектин выступает как высокоэффективный комплексообразующий сорбент, что обусловлено наличием в полимерной молекуле пектина значительного количества неэтерифицированных карбоксильных групп [2]. Карбоксильные группы способны к образованию стойких комплексов с ионами многих металлов, в том числе токсичных. Загрязнение металлами пектина и пектин опродуктов снижает их ценность. При высоком содержании пектатов (выше предельно допустимой нормы) пектинопре-параты вообще становятся непригодными для профилактического использования. С одной стороны, такая химическая природа пектина требует при переработке пектинсодержащего сырья использования современных технологических процессов и аппаратов, изготовленных из химически стойких материалов. С другой стороны, это дополнительно усиливает необходимость надежного аналитического контроля содержания тяжелых металлов в пектинсодержащих технологических растворах и пектинопродуктах на всех стадиях переработки сырья и производства. Однако решение этой проблемы усложняются природой самого пектина как объекта анализа. Так, пектинопрепараты, полученные из разного сырья и различными технологическими схемами, характеризуются неодинаковыми химическими свойствами. Кроме того, вследствие использования высоких температур и агрессивной среды длина полимерных пектиновых цепей и степень этерификации пектина в процессе технологичной переработки изменяются. Важным фактором является также то, что водные растворы пектина и пектатов тяжелых металлов представляют собой дисперсные системы, агрегативная и седиментационная стойкость которых зависит от многих факторов.
Проведенные нами опыты показали, что в широком интервале pH водные растворы пектина и пектатов имеют коллоидный характер. Хотя с изменением кислотности мутность растворов пектина изменяется мало, однако она уменьшается в сильнощелочных растворах вследствие деструкции молекулы пектина. Но и в этих условиях пектиновые растворы сохраняют коллоидный характер.
Следует заметить, что мутность регистрируется даже в очень разведенных растворах пектина, с концентрацией больше 0,01 мг/мл. С увеличением содержания пектина мутность растворов пропорционально увеличивается. При этом близкие по размеру коллоидные агрегаты образуются как в разведенных, так и в более концентрированных системах. Интересно, что мутность пектиновых растворов со временем снижается и сопровождается уменьшением среднего радиуса присутствую-
щих коллоидных частиц. Мы показали, что это происходит вследствие быстрой седиментации наиболее больших коллоидных агрегатов.
Комплексообразование с ионами тяжелых металлов, особенно с ионами свинца, дополнительно увеличивает мутность пектиновых растворов и уменьшает их коллоидно-химическую стойкость. Состояние полученных растворов пектатов также существенно зависит от кислотности, концентрационных условий и времени выдержки растворов.
Отмеченные свойства пектина обусловливают сложность этапа пробоподготовки при анализе пектинсодержащих препаратов и соответствующих технологических растворов. Это вызвано:
изменением химической природы пектина в процессе его переработки;
неопределенностью фазового состояния пектиновых растворов, его изменением во времени и разнонаправленным влиянием концентрационных условий;
высокой комплексообразующей способностью пектина, мешающей вследствие конкурентного влияния использованию известных аналитических реакций с комплексообразующими реактивами. Анализ литературных данных показывает, что эта проблема может быть решена с помощью аналитических методик непосредственного определения тяжелых металлов без операции разрушения коллоидных пектиновых систем. Однако фотометрические и титриметрические методы, которые часто используют в технохимконтроле условий производства, требуют фазово-однородную пробу и не удовлетворяют таким требованиям 13]. Традиционный гравиметрический метод является слишком трудоемким и малоэкспрессным и не соответствует длительности технологических процессов переработки пектинового сырья. Удобным способом определения тяжелых металлов в растворах является полярографический метод. Но стандартный метод полярографического определения тяжелых металлов в пищевых продуктах также слишком длителен вследствие необходимости предварительного 030-ления пробы [4].
Проведенные нами опыты закономерностей ком-плексообразования пектина с ионами тяжелых металлов и коллоидно-химических свойств растворов пектина и пектатов позволили определить границу концентраций пектина и оптимальную кислотность, при которой возможно проводить полярографическое определение тяжелых металлов без озоления пробы. На основе экспериментов была разработана экспрессная полярографическая методика определения тяжелых металлов в пектине и пектинсодержащих продуктах. Методика была испытана при анализе разных пектинсодержащих порошков профилактического назначения, обогащенных пектином макаронных изделий, а также на экстрактах, полученных методом диге-стии с жома сахарной свеклы [5]. По своим метрологическим характеристикам разработанная методика превосходит стандартный гравиметрический метод и является более экспрессной.
ЛИТЕРАТУРА
1. Левченко Б.Д., Тимонова Л.М. Пектин. Пектинопрофи-лактика. — Краснодар, 1992. — 16 с.
2. Донченко Л.В., Карпович Н.С., Симхович Е.Г, Производство пектина. — Кишинев, 1993. — 179 с.
3. Шелухина Н.П. Научные основы технологии пектина. — Фрунзе: ИЛИМ, 1988. — 168 с.
4. ГОСТ 26929-86. Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения токсичных элементов. ГОСТ 26932-86. Сырье и продукты пищевые. Метод определения свинца. ■— М.: Гос. ком. СССР по стандартизации, 1986.
5. Гулый И.С., Донченко Л.В., Нелина В.В., Карпович Н.С. Пектин. Производство пектина и пектиновых экстрактов. — Киев, 1992. — 54 с.
Кафедра технологии хранения и переработки сельскохозяйственной продукции
Поступила 19.01.99 г.
66.015.23.001.57
МОДЕЛИРОВАНИЕ ИОНООБМЕНА В ПЛОСКОЙ ПЛАСТИНЕ НА ОСНОВЕ РЕШЕНИЯ КРАЕВОЙ ЗАДАЧИ ДИФФУЗИИ С МГНОВЕННОЙ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИЕЙ
Е.Н. КОНСТАНТИНОВ, Д.Б. ПОНОМАРЕНКО
Кубанский государственный технологический университет
Ионообменная сорбция винной кислоты на ани-онитных смолах является процессом нестационарной диффузии, осложненным химической реакцией. Концентрация свободной кислоты, проникшей в слой адсорбента, представляет собой сложную функцию глубины слоя, формы, размера частиц и времени. Кроме того, при математическом описании процесса приходится учитывать концентрацию химически связанной кислоты, которая нелинейно зависит от концентрации свободной кислоты. Необходимо принять также во внимание, что в начальный момент времени интенсивность процесса поглощения винной кислоты очень высока из-за ее быстрого химического связывания, а поэтому градиент концентрации свободной кислоты на границе раздела раствор—ионит стремится к бесконечности.
Как видно, изучаемый процесс весьма сложен и поэтому понятны попытки упростить его математическое описание. Для сферических частиц эффективным оказался метод [1], основанный на допущении послойного насыщения частицы, когда скорость сорбции лимитируется диффузией, а химическая реакция мгновенна. Кроме того, при расчете насыщения слоя частиц для отдельной частицы использовались уравнения внутреннего массообмена, полученные для граничных условий первого рода (для постоянной концентрации на границе раздела) при постоянной обменной емкости. Такая модель оказалась неудачной при описании сорбции в плоской частице. В последнем случае на расчетных кривых сорбции возникает излом функции концентрации в тот момент времени, когда концентрация в средней точке пластины начинает превышать нулевое значение. Появление нежелательных эффектов в модели происходит вследствие того, что для случая плоской и тонкой пластинки такая модель предлагает по сути два отдельных механизма насыщения частицы сорбента.
В данной работе реализована модель нестационарной диффузии с учетом хемосорбции. На первом этапе рассматривался процесс диффузии в полубесконечную тонкую пластину. В начальный момент времени концентрация кислоты в любой точке пластины равна нулю. Поверхностная концентрация С0 остается постоянной в течение всего процесса. Уравнение нестационарной диффузии
дС
д2С
(1)
необходимо решить со следующими начальными и граничными условиями:
С = 0 при г = 0, X >0,
С = С0 при т>0, X = 0, X = /г, С - С0 при г = оо, Х>0, дС/дХ = 0 при Х = /г/2,
(2)
где
С — концентрация кислоты в точке с координатой X, моль/см3; т — время, с;
£> — коэффициент диффузии кислоты в пластину, см2/с;
А — толщина пластины, см.
Известно аналитическое решение данной задачи в виде ряда Фурье [2], с которым обычно сравнивают решения, полученные различными численными методами. Наиболее эффективными являются сеточные методы [3-6]. Однако они не всегда приводят к устойчивому решению и не достаточно просты при реализации в виде программ для ЭВМ. Поэтому в настоящей работе предлагается иной метод расчета, близкий по смыслу к сеточным, но приводящий к рекуррентным формулам расчета, дающим устойчивое решение и удобным для программирования.
Рассмотрим два профиля концентраций для моментов времени г1 и г2, отличающихся на бесконечно малую величину Дг (рис. 1). Изменение концентрации адсорбата представим как функцию, которая для момента т[ приобретает в точках разбиения пластинки на равные бесконечно чалые участки АХ значения С,, С2, ..., Сп. Ординаты кривой для момента т2 = т, + Дг превышают соответствующие ординаты первой кривой на величины ДСг, где / — номер интервала.
Обычно численные значения производных дС/дХ и д 2С/дХ2 вычисляют по значениям величин С., С,, ..., Сп, а затем по уравнению (1) находят <ЗСг/от. Известно, что такой метод приводит к расходимости вычислений, особенно в случае использования неудачного соотношения между АХ и Ат.
Нами для вычисления дС/дХ использованы значения концентраций, полученные по истечении времени Дг, т. е. концентрации С, + ДС;. При этом производные от концентрации по координате в
